CN108711281A - 一种运用路段实际运行车速数据评价公路安全性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及交通运输系统安全工程领域，特指一种运用路段实际运行车速数据评价公路安全性的方法，本发明针对现有安全评价方法使用的理论车速模型无法充分反映车辆在复杂线形条件下行驶车速变化的问题，提出采用路段实际运行车速数据评价公路安全性的方法。本发明采用大量诸如车载GPS技术采集到的车辆监控数据分析不同公路单元类型的速度特性，可以为使用运行速度特性评价公路安全性提供一种新的评价方法。同时通过分析可以得出不同类型车辆在公路的不同单元类型上运行时的车速变化规律，将公路线形与车辆实际运行车速紧密结合，具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及交通运输系统安全工程领域，特指一种运用路段实际运行车速数据评价公路安全性的方法。
背景技术
对公路进行交通安全评价是对公路交通安全管理的基础，也是对管理者产生决策的重要依据。在科学评价体系的框架下，对公路交通安全水平进行客观的评价，然后制订对于公路交通安全方面的战略性意见和保障方法，以提高安全管理水平，确保能够最大限度地减少交通事故的产生。运行车速的计算及分析是进行公路安全性研究的基础性工作，《公路项目安全性评价规范》(JTGB05-2015)提出对不同线形的道路单元划分后按照速度预测模型计算运行速度并进行分析，然而，通过实际数据对比发现，由于车辆在公路上运行要对复杂的道路环境，车辆行驶过程中所采集的实际车速与预测出来的速度大小有一定差距，使用运行车速预算模型计算出来的结果不能充分反映出车辆在行驶过程中车速的变化情况，即车辆实际运行车速的变化并非完全符合运行速度预测结果的分布，鉴于此，在近几年车联网发展的背景下，本发明提出采用更能真实的反映车辆在不同类型公路上的运行特征的实际车速数据对公路安全性进行评价。
对于拟新建的公路可以采用车速预测模型进行车速预测，而已经投入使用的道路或扩建公路，可直接获取道路上的车速。因此，将运行车速作为研究道路交通安全的主要评价指标具有一定的科学性与适用性。目前，国内外利用运行车速评价公路安全性的研究越来越多。周志刚等人采用模糊函数中隶属度的概念对断面车辆速度进行采集，计算相邻断面的V85作为安全性的评价指标，然后建立了隶属函数，并对评价等级进行了划分，结果表明评价结果较为精确；Lei sch提出了采用运行速度来评价公路纵断面和平面几何线形的一致性，评价效果较好。上述文献主要研究公路的运行车速特性，但是不足之处在于大部分研究没有对实际车速进行分析，或是所选的数据量较少。以往的研究仅仅通过对某断面进行车速统计来对数据进行分析，并且GPS在车速方面的研究中，以往主要用于车辆的监控，没有将GPS与道路线形结合起来，分析车辆位置点与公路参数的关系。
现有安全评价方法使用的理论车速模型无法充分反映车辆在复杂线形条件下行驶车速变化的问题，从而导致了运行车速评价结果与实际数据相差较大。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种运用路段实际运行车速数据评价公路安全性的方法，为了使评价结果效果更接近实际情况，本发明采用大量诸如车载GPS技术采集到的车辆监控数据分析不同公路单元类型的速度特性，可以为使用运行速度特性评价公路安全性提供一种新的评价方法，同时通过分析可以得出不同类型车辆在公路的不同单元类型上运行时的车速变化规律，将公路线形与车辆实际运行车速紧密结合，具有重要的意义。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种运用路段实际运行车速数据评价公路安全性的方法，包括以下步骤：
1)采用路段上车辆实际运行车速数据对分段道路进行车速分析，以区别于现阶段的理论运行车速分析，在复杂道路环境下，理论车速与实际车速的变化情况存在一定的差异，实际车速数据更能真实的反映车辆在不同公路线形上的运行特征并进一步体现公路的安全性；
2)将目标公路按照线型特征进行分类，分为平直段、曲线段、纵坡段和弯坡组合路段，通过研究公路曲线半径和纵坡坡度两个参数，并据此划分公路路段；
3)从大量经过此路段的车载GPS采集数据中提取出位置、速度、时间戳及航向角信息，使得采集到的每一个速度值都有位置、速度、时间戳及航向角信息与之对应，形成一个数据点；
4)根据公路分段结果确定各路段的经纬度范围，从大量原始GPS数据点中筛选出有效数据点，并根据其位置信息匹配到与之相对应的路段上；
5)利用车辆I D、起始点时间戳及航向角对行车方向进行预判，将数据分为上行数据和下行数据，根据提取数据点的时间戳和航向角信息对行车方向进行预判，以便后续对上行车辆和下行车辆行车速度特性分别进行分析，按照需要，可进一步对数据点进行区分车型统计，以此得到不同行车方向上不同车型的速度数据；
6)按照一定时段统计路段平均车速，根据该时段车速与其他时段车速的差，识并剔除该时段异常车速，排除因天气、道路施工以及交通事故等因素对数据准确性的影响；
7)逐路段统计上行方向和下行方向的平均车速、车速标准差，按照实际运行车速和道路设计车速的差值对公路进行安全性评价，按照需要，可进一步逐路段统计上行方向和下行方向上不同车型的平均车速和车速标准差。
进一步而言，步骤2)中，通过研究公路曲线半径和纵坡坡度两个参数，进行划分公路路段为平直段、曲线段、纵坡段和弯坡组合路段，具体分段方法为公路纵断面坡度小于3％且平面圆曲线半径大于1000m的路段为平直段；公路纵断面坡度小于3％且平面圆曲线半径小于等于1000m的路段为曲线段；公路纵断面坡度大于等于3％且平面圆曲线半径大于1000m的路段为纵坡段；公路纵断面坡度大于等于3％且平面圆曲线半径小于等于1000m的路段为弯坡组合段。
进一步而言，步骤5)中，根据每个有效数据点车辆I D、时间戳及航向角信息就可以对行车方向进行初步预判，具体实施方法为对于直行或道路线形简单的公路，利用统计学原理获得行驶在此公路内不同行车方向上车辆的航向角度范围，利用程序语言或统计分析软件即可获得每个数据点的行驶方向；对于道路线形丰富的公路，根据车辆I D，查询其历史记录，利用时间戳找到其最近时刻出现的行驶方向，直到能够判断出此数据点的行驶方向为止。
进一步而言，步骤5)中，所述车型包括大型车和小型车。
进一步而言，步骤6)中，所述一定时段采用4～6小时。
本发明有益效果：
1.本方法能真实、完整的反映车辆在不同公路线形上的运行特征并进一步体现公路的安全性；
2.本方法可分析各类型路段上各行车方向上各类车型的运行速度特性；
3.本方法适合我国公路建设现状，对已投入使用公路及老路改扩建项目评价效果较好。
附图说明
图1是本方法工作流程图；
图2是公路按特征分段及数据点示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1和图2所示，本发明所述一种运用路段实际运行车速数据评价公路安全性的方法，包括以下步骤：
1)采用路段上车辆实际运行车速数据对分段道路进行车速分析，以区别于现阶段的理论运行车速分析，在复杂公路环境下，理论车速与实际车速的变化情况存在一定的差异，实际车速数据更能真实的反映车辆在不同公路线形上的运行特征并进一步体现公路的安全性，按照I HSDM模型，运行速度V85指的是中等技术水平的驾驶人员根据实际道路条件、交通条件、良好气候条件等能保持的安全速度，并且小型车由于体积上、质量轻的特点，在高速公路上运行时的车速较高，而大型车由于体积、质量相对于小型车来说都较大，整体控制能力较差、运行速度较低，因此各类型车辆运行速度特性差异较大，并且在实施中要排除掉车型单一、恶劣天气以及道路施工等因素对数据采集造成的影响，因此，需要采集到时间覆盖范围较广的数据量，本方法推荐通过车联网手段在目标公路上采集时间在60天以上的数据量，数据主要包括时间戳、经纬度、航向角以及车速。
2)将目标公路按照线型特征进行分类，分为平直段、曲线段、纵坡段和弯坡组合路段；本方法主要研究两个参数，即曲线半径和纵坡坡度。据此两个参数将公路划分为平直段、曲线段、纵坡段、弯坡组合路段，具体分段方法为：公路纵断面坡度小于3％且平面圆曲线半径大于1000m的路段为平直段；公路纵断面坡度小于3％且平面圆曲线半径小于等于1000m的路段为曲线段；公路纵断面坡度大于等于3％且平面圆曲线半径大于1000m的路段为纵坡段；公路纵断面坡度大于等于3％且平面圆曲线半径小于等于1000m的路段为弯坡组合段。
实施例中，可先收集目标公路全线的直曲表、竖曲表、车道数、设计速度及路基宽度等线性资料，然后将这些指标输入续地等道路设计软件中，就可输出分段结果，包括路段编号、路段起止点桩号及路段类型信息，在此基础上，设置一定宽度的缓冲区(如50m)，将每个路段绘制成等宽度的条状区域。
3)从大量经过此路段的车载GPS采集数据中提取出位置、速度、时间戳及航向信息，使得采集到的每一个速度值都有位置、速度、时间戳及航向角信息与之对应，形成一个数据点。实施例中，可具体情境具体考虑，目前不仅车载GPS可收集这些信息，还有一些打车软件及地图导航软件也可以收集此类信息，要充分有效利用现有资源，也侧面反映本方法在车联网及大数据领域的促进作用。
4)按照公路分段结果，将大量GPS数据点根据位置信息匹配到相应的路段，实施例中，按照公路分段结果得到各个路段的起止点桩号信息，据此可以得到每个路段的经纬度范围，此时可利用程序语言等方式将带有位置信息的有效数据点匹配到相应路段上，同时此过程也可将目标公路经纬度范围之外的数据点剔除掉，起到初步筛选的目的。
5)利用车辆I D、起始点时间戳及航向角对行车方向进行预判，将数据分为上行数据和下行数据，由于车辆在同一路段内不同行车方向上的速度特性有明显差异，如在纵坡段，不同行车方向上车辆的速度大小变化趋势就明显不同。实施例中，根据每个有效数据点车辆I D、时间戳及航向角信息就可以对行车方向进行初步预判，具体实施方法为：对于直行或道路线形简单的公路，利用统计学原理获得行驶在此公路内不同行车方向上车辆的航向角度范围，利用程序语言或统计分析软件即可获得每个数据点的行驶方向；对于道路线形丰富的公路，根据车辆I D，查询其历史记录，利用时间戳找到其最近时刻出现的行驶方向，直到能够判断出此数据点的行驶方向为止。
根据提取数据点的时间戳和航向角信息对行车方向进行预判，以便后续对上行车辆和下行车辆行车速度特性分别进行分析，按照需要，可进一步对数据点进行区分车型统计，以此得到不同行车方向上不同车型的速度数据，并进行针对性的分析。
如图2所示，X为采集到的带有航向角、速度、位置信息的数据点，路段匹配时仅统计缓冲区以内的数据点，剔除缓冲区范围之外的数据点，对于绝大多数数据点，可根据航向角并结合所处路段线形判断其行车方向，对于航向角异常的数据点，如图2中X1，可根据车辆I D找出其短期内被采集到时，如图2中X2的行驶方向，以此确定其行驶方向。
6)按照一定时段统计路段平均车速，根据该时段车速与其他时段车速的差，识别并剔除该时段异常车速；如果该时段该路段的车速显著低于该路段其他时刻的车速，这说明可能有流量异常、交通事故、异常天气影响路段车速，该时段数据需要舍弃。按照IHSDM模型，运行速度V85指的是中等技术水平的驾驶人员根据实际道路条件、交通条件、良好气候条件等能保持的安全速度。而在真实情况下，恶劣天气、道路施工以及交通事故等原因都会引起短期内车辆行驶速度的异常，因此需要排除天气、道路施工以及交通事故等因素对数据准确性的影响。实施中，在获得各路段内各行车方向上的车速数据后可按照每4-6小时计算路段的平均速度，得到该路段上多个时段的平均速度结果，然后对比分析找出该路段内的速度异常时段并剔除该时段异常车速，以此方法保证数据的有效性及真实性。在进行此步骤前，可进行以下初步筛选步骤：根据目标公路的道路线形及设计参数等已知量，可大概估计车速值的上限并初步删除速度值在上限值以上的数据点，甚至会有一些车速值为0，可能是由于车辆停靠在应急车道上或是其他原因导致的，这些车速值都应该予以剔除；此外，如果目标公路为高速公路，由于理论上来说大型车在高速公路上正常运行时的最低运行速度不会低于30km/h，为了保证数据分析的准确性，有必要剔除这部分异常数据。
7)逐路段统计上行方向和下行方向的平均车速、车速标准差，按照实际运行车速和道路设计车速的差值对公路进行安全性评价。实施例中，在剔除异常速度得到各路段有效时段平均速度后，逐路段统计上行方向和下行方向的平均车速、车速标准差。对于平均速度，按照实际运行车速和公路设计车速的差值对公路进行安全性评价，路段的设计车速可直接获取或利用各种道路设计软件利用速度预测模型计算获取，获得各车速结果后可分别计算并评价每一段运行车速Vgps和设计车速V85的差值|ΔV|，若|ΔV|≤20，则认为该路段的运行车速Vgps和设计车速V85的一致性较好；若|ΔV|＞20，则认为该路段的运行车速Vgps和设计车速V85的一致性较差。对于车速标准差，可用于评价该路段的车速稳定性。若车速标准差较小，则认为该路段车速稳定性较好；反之则认为该路段车速稳定性较差。若该路段速度一致性评价和速度稳定性评价结果有其一较差或两者都较差，此时应通过进一步安全性检查和验算，提出技术指标、线形组合调整的方法和手段，并对路线，路基路面、桥梁、互通立交、交通工程及沿线设施等设计进行安全性评价，并提出补充意见。同样的，按照需要，可进一步逐路段统计上行方向和下行方向不同车型的平均车速、车速标准差，并用上述相同方法进行评价。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种运用路段实际运行车速数据评价公路安全性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用路段上车辆实际运行车速数据对分段道路进行车速分析，以区别于现阶段的理论运行车速分析，在复杂道路环境下，理论车速与实际车速的变化情况存在一定的差异，实际车速数据更能真实的反映车辆在不同公路线形上的运行特征并进一步体现公路的安全性；
2)将目标公路按照线型特征进行分类，分为平直段、曲线段、纵坡段和弯坡组合路段；
3)从大量经过此路段的车载GPS采集数据中提取出位置、速度、时间戳及航向角信息，使得采集到的每一个速度值都有位置、速度、时间戳及航向角信息与之对应，形成一个数据点；
4)根据公路分段结果确定各路段的经纬度范围，从大量原始GPS数据点中筛选出有效数据点，并根据其位置信息匹配到与之相对应的路段上；
5)利用车辆I D、起始点时间戳及航向角对行车方向进行预判，将数据分为上行数据和下行数据，以便后续对上行车辆和下行车辆行车速度特性分别进行分析，按照需要，可进一步对数据点进行区分车型统计，以此得到不同行车方向上不同车型的速度数据；
6)按照一定时段统计路段平均车速，根据该时段车速与其他时段车速的差，识别并剔除该时段异常车速，排除因天气、道路施工以及交通事故因素对数据准确性的影响；
7)逐路段统计上行方向和下行方向的平均车速、车速标准差，按照实际运行车速和道路设计车速的差值对公路进行安全性评价，按照需要，可进一步逐路段统计上行方向和下行方向上不同车型的平均车速和车速标准差。
2.根据权利要求1所述的一种运用路段实际运行车速数据评价公路安全性的方法，其特征在于：步骤2)中，通过研究公路曲线半径和纵坡坡度两个参数，进行划分公路路段为平直段、曲线段、纵坡段和弯坡组合路段，具体分段方法为公路纵断面坡度小于3％且平面圆曲线半径大于1000m的路段为平直段；公路纵断面坡度小于3％且平面圆曲线半径小于等于1000m的路段为曲线段；公路纵断面坡度大于等于3％且平面圆曲线半径大于1000m的路段为纵坡段；公路纵断面坡度大于等于3％且平面圆曲线半径小于等于1000m的路段为弯坡组合段。
3.根据权利要求1所述的一种运用路段实际运行车速数据评价公路安全性的方法，其特征在于：步骤5)中，根据每个有效数据点车辆I D、时间戳及航向角信息就可以对行车方向进行初步预判，具体实施方法为对于直行或道路线形简单的公路，利用统计学原理获得行驶在此公路内不同行车方向上车辆的航向角度范围，利用程序语言或统计分析软件即可获得每个数据点的行驶方向；对于道路线形丰富的公路，根据车辆I D，查询其历史记录，利用时间戳找到其最近时刻出现的行驶方向，直到能够判断出此数据点的行驶方向为止。
4.根据权利要求1所述的一种运用路段实际运行车速数据评价公路安全性的方法，其特征在于：步骤5)中，所述车型包括大型车和小型车。
5.根据权利要求1所述的一种运用路段实际运行车速数据评价公路安全性的方法，其特征在于：步骤6)中，所述一定时段采用4～6小时。
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